[发明专利]超高性能混凝土断裂过程的近场动力学模拟方法

权利要求书

1.一种超高性能混凝土断裂过程的近场动力学模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：UHPC结构半离散模型的建立；

S2：根据步骤S1建立的UHPC结构半离散模型，建立UHPC基体物质点的运动方程；

S3：根据纤维力与纤维拔出位移的关系计算纤维外力；

S4：对步骤S2得到的UHPC基体物质点的运动方程进行求解和UHPC基体损伤计算；所述步骤S4具体为：

S41：对所述UHPC试件半离散模型施加相应的边界条件，对加载点处的UHPC基体物质点施加速度或加速度荷载并将其分为n_t个时间步；

S42：在n_t时间步时，将步骤S33中得到的纤维外力密度b代入到步骤S23中的运动方程中，形成新的运动方程，并求解n_t时间步的加速度，采用显示时间积分方法计算(n_t+1)时间步物质点的速度和位移

式中，Δt为时间步长；

S43：计算(n_t+1)时间步时每个物质点与其近场域内其他物质点之间的键伸长率其中，ξ和η分别为变形前后物质点对的相对位移矢量，根据键伸长率求得加载标量函数μ(t,ξ)的值并进行该物质点的损伤值计算，表达式为：

式中，s_tc和s_uc分别为抗拉临界伸长率和抗压临界伸长率；

S44：判断时间积分是否完成，如果未完成则返回步骤S42，重复上述计算过程，如果时间积分完成则自动退出计算；

S45：将所有时间步的计算结果存储于结果信息文件中，计算结束后对结果文件进行后处理以分析UHPC材料的断裂过程。

2.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土断裂过程的近场动力学模拟方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：

S11：确定UHPC试件的尺寸，根据离散间距对试件进行均匀离散，并储存UHPC基体物质点的坐标；

S12：计算纤维的投放数量，生成随机纤维的中点和角度参数，并根据纤维长度计算纤维的两个端点坐标；

S13：遍历所有纤维，根据纤维影响范围确定与纤维会产生作用的UHPC基体物质点坐标，并储存进相应的数组。

3.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土断裂过程的近场动力学模拟方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：

S21：根据常规态基近场动力学理论公式计算物质点对之间的相互作用；

S22：对近场域内的物质点对之间的作用力进行数值积分，得到物质点所受的内力；

S23：物质点所受的外力密度设为b，根据牛顿第二定律，建立UHPC基体物质点的运动方程：

式中，ρ为物质点密度，为物质点的加速度，T为物质点对之间的内力作用，V为物质点的体积，H为积分区域，μ(t,ξ)为加载标量函数。

4.根据权利要求3所述的一种超高性能混凝土断裂过程的近场动力学模拟方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：

S31：根据单纤维拉拔的细观力学模型，建立纤维力与纤维拔出位移的关系；

S32：在半离散模型中，纤维力是以外力的形式施加到基体物质点上的，根据纤维端点坐标确定纤维影响区域内最靠近纤维端点的两物质点，计算两个物质点之间的相对位移并保存为纤维拔出位移；

S33：输入步骤S32中得到的纤维拔出位移，输出纤维力P，将纤维力平均分配到纤维影响区域内的物质点上，计算纤维外力密度b：

式中，裂缝左侧的纤维影响区域的物质点个数为N_l，右侧的纤维影响区域的物质点个数为N_r，纤维的方向向量为n。